钢结构的连接和节点构造

钢结构 普通高等学校土建学科专业 十五 规划教材 第7章钢结构的连接和节点构造 第7章钢结构的连接和节点构造 钢结构对连接的要求及连接方法对接焊缝的构造和计算角焊接连接的特性和计算焊接残余应力和焊接残余变形普通螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的性能和计算焊接梁翼缘焊缝的计算构件的拼接柱脚的设计 主要内容 第7章钢结构的连接和节点构造 第7章钢结构的连接和节点构造 掌握焊接连接的特性和计算普通螺栓连接 高强度螺栓连接的性能和计算 重点 第7章钢结构的连接和节点构造 7 1钢结构对连接的要求和连接方法 连接的要求 足够的强度 刚度和延性连接方法 焊接 铆接和螺栓连接 图7 1钢结构的连接方法 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 电弧焊 电渣焊 气体保护焊和电阻焊等 7 2 1常用焊接方法 图7 3手工电弧焊 图7 4自动埋弧焊 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 优点 省工省材任何形状的构件均可直接连接密封性好 刚度大缺点 材质劣化残余应力 残余变形一裂即坏 低温冷脆 7 2 2焊缝连接的优缺点 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 焊缝缺陷 裂纹 气孔 烧穿 夹渣 未焊透 咬边 焊瘤等 7 2 3焊缝缺陷 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 7 2 3焊缝缺陷 图7 6焊缝缺陷 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 焊缝等级 钢结构工程施工质量验收规范 分三级三级焊缝 外观检查 二级焊缝 在外观检查的基础上再做无损检验 用超声波检验每条焊缝的20 长度 且不小于200mm 一级焊缝 在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度 以便揭示焊缝内部缺陷 强度折减 高空安装焊缝 强度设计值乘以0 9 7 2 3焊缝缺陷 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 焊缝连接型式 平接 搭接 T形连接和角接 7 2 4焊缝连接型式及焊缝型式 图7 7焊缝连接型式 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 焊缝型式 对接焊缝和角焊缝 7 2 4焊缝连接型式及焊缝型式 图7 8焊缝型式 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 施焊位置 俯焊 平焊 立焊 横焊和仰焊 7 2 4焊缝连接型式及焊缝型式 图7 10焊缝施焊位置 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 作用 表明焊缝型式 尺寸和辅助要求表示方法 由图形符号 辅助符号和引出线等部分组成 7 2 5焊缝代号 图7 11单面焊缝的标注方法 第7章钢结构的连接和节点构造 7 2焊接连接的特性 7 2 5焊缝代号 图7 12双面焊缝的标注方法 图7 13栅线表示 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 坡口形式 I形缝 V形缝 带钝边单边V形缝 带钝边V形缝 Y形缝 带钝边U形缝 带钝边双单边V形缝和双Y形缝等 7 3 1对接焊缝的构造要求 图7 14对接焊缝坡口形式 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 不同宽度或厚度的钢板拼接 7 3 1对接焊缝的构造要求 图7 15不同宽度或厚度的钢板拼接 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 其他构造要求 7 3 1对接焊缝的构造要求 图7 16引弧板 图7 17焊透的T形连接焊缝 图7 18钢板拼接焊缝示意 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 计算原则 I II级等强不计算 仅计算III级焊缝 1 轴心受力的对接焊缝 7 3 2对接焊缝的计算 图7 19轴心力作用下对接焊缝连接 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 2 受弯受剪的对接焊缝 7 3 2对接焊缝的计算 图7 20受弯受剪的对接连接 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 2 受弯受剪的对接焊缝 7 3 2对接焊缝的计算 图7 21受弯 剪的工形截面对接焊缝 第7章钢结构的连接和节点构造 7 3对接焊缝的构造和计算 计算原则 按角焊缝进行计算 7 3 3部分焊透的对接焊缝 图7 22部分焊透的对接焊缝 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 截面形状 7 4 1角焊缝的构造和强度 图7 24角焊缝截面图 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 应力分布 7 4 1角焊缝的构造和强度 图7 25侧面角焊缝应力分布 图7 26角焊缝应力 位移曲线 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 应力分布 7 4 1角焊缝的构造和强度 图7 27正面角焊缝应力分布 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 焊脚尺寸应与焊件的厚度相适应 对手工焊 hf应不小于 t为较厚焊件的厚度 mm 对自动焊 可减小1mm hf应不大于较薄焊件厚度的1 2倍 7 4 1角焊缝的构造和强度 图7 28角焊缝焊脚尺寸 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 对于板件边缘的焊缝 当t 6mm时 hf t 当t 6mm时 hf t 1 2 mm 7 4 1角焊缝的构造和强度 图7 29角焊缝最大hf 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 焊缝长度lw也不应太长或太短 其计算长度不宜小于8hf或40mm 且不宜大于60hf 其他构造要求 7 4 1角焊缝的构造和强度 第7章钢结构的连接和节点构造 7 4角焊缝的构造和计算 角焊缝应力分析角焊缝计算的基本公式 7 4 2角焊缝计算的基本公式 图7 32角焊缝应力分析 第7章钢结构的连接和节点构造 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的恶轴心力时 7 4 2角焊缝计算的基本公式 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 受轴心力焊件的拼接板连接仅侧面角焊缝 仅正面角焊缝 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 32轴心力作用下角焊缝连接 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 受轴心力焊件的拼接板连接三面围焊时 先计算正面角焊缝N1 剩余的N N1由侧面角焊缝承担 菱形拼接板 简化计算不计正面及斜焊缝的 f 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 受轴心力角钢的连接当采用侧面角焊缝连接时肢背 肢尖 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 35 a 角钢角焊缝上受力分配 两面侧焊 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 受轴心力角钢的连接当采用三面围焊连接时正面角焊缝承担的力 侧面角焊缝承担的力 肢背肢尖 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 35 b 角钢角焊缝上受力分配 三面围焊 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 受轴心力角钢的连接当采用L形焊连接时正面角焊缝承担的力 侧面角焊缝承担的力 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 35 c 角钢角焊缝上受力分配 L形焊 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 3 弯矩作用下角焊缝计算 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 36弯矩作用时角焊缝应力 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 4 扭矩作用下角焊缝计算计算假定 被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转 焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线 应力大小与其到形心距离r成正比 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 37扭矩作用时角焊缝应力 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 4 扭矩作用下角焊缝计算环焊缝受扭 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 38环形焊缝受扭 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 5 弯矩 剪力 轴心力共同作用下角焊缝计算 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 39受弯 受剪 受轴心力的角焊缝应力 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 6 扭矩 剪力 轴心力共同作用下角焊缝计算 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 40受扭 受剪 受轴心力的角焊缝应力 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 7 塞焊计算 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 图7 41塞焊 7 4角焊缝的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 纵向残余应力 7 5 1焊接残余应力的分类和产生的原因 图7 51施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 横向残余应力 7 5 1焊接残余应力的分类和产生的原因 图7 52横向残余应力产生的原因 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 厚度方向的残余应力约束状态下的焊接应力 7 5 1焊接残余应力的分类和产生的原因 图7 53厚度方向的焊接应力 图7 54约束焊接接头中的残余应力分布 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 对结构静力强度的影响 7 5 2焊接残余应力的影响 图7 55残余应力对静力强度的影响 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 对结构刚度的影响 7 5 2焊接残余应力的影响 图7 56有残余应力时的应力与应变 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 对压杆稳定的影响对低温冷脆的影响对疲劳强度的影响 7 5 2焊接残余应力的影响 图7 56三轴焊接残余应力 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 残余变形形式 7 5 3焊接残余变形 图7 58焊接变形的基本形式 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 采取合理的施焊次序施焊前加相反的预变形焊前预热 焊后回火 7 5 4减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法 图7 59合理的施焊次序 图7 60反变形及局部加热 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 焊接位置要合理 布置应尽量对称于截面重心焊缝尺寸要适当 采用较小的焊脚尺寸焊缝不宜过分集中应尽量避免三向焊缝交叉考虑钢板分层问题焊条易达到避免仰焊 7 5 5合理的焊缝设计 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 7 5 5合理的焊缝设计 图7 61合理的焊缝设计 7 5焊接残余应力和焊接残余变形 第7章钢结构的连接和节点构造 排列方式 并列或错列 7 6 1螺栓的排列和构造要求 图7 63钢板和角钢上的螺栓排列 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 排列要求受力要求 钢板端部剪断 端距不应小于2d0 受拉时 栓距和线距不应过小 受压时 沿作用力方向的栓距不宜过大 构造要求 栓距和线距不宜过大施工要求 有一定的施工空间 7 6 1螺栓的排列和构造要求 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 传力方式 抗剪螺栓和抗拉螺栓 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的工作性能 图7 65抗剪螺栓和抗拉螺栓 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 抗剪螺栓连接破坏形式 螺栓杆剪断 孔壁压坏 板被拉断 板端被剪断 螺栓杆弯曲 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的工作性能 图7 66螺栓连接的破坏情况 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 抗剪螺栓连接受力状态 弹性时两端大而中间小 进入塑性阶段后 因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀 为防止 解钮扣 破坏 当连接长度l1较大时 应将螺栓的承载力乘以折减系数 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的工作性能 图7 67螺栓受剪力状态 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 抗剪螺栓连接一个抗剪螺栓的设计承载能力计算抗剪承载力设计值 承压承载力设计值 一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的工作性能 图7 68抗剪螺栓连接 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 抗拉螺栓连接破坏形式 螺栓杆拉断为考虑撬力的影响 规范规定普通螺栓抗拉强度设计值ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值f的0 8倍 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的工作性能 图7 69抗拉螺栓连接 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算螺栓数目 板件静截面强度 7 6 3螺栓群的计算 图7 70力的传递及净截面面积计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算基本假定 被连接构件是绝对刚性的 而螺栓则是弹性的 各螺栓绕螺栓群形心o旋转 其受力大小与其至螺栓群形心o的距离r成正比 力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直 7 6 3螺栓群的计算 图7 72螺栓群受扭矩计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算平衡条件 根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件 得 7 6 3螺栓群的计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 3 螺栓群在扭矩 剪力 轴心力作用下的抗剪计算 7 6 3螺栓群的计算 图7 73螺栓群受扭 受剪 受轴心力的计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 3 螺栓群在扭矩 剪力 轴心力作用下的抗剪计算在扭矩作用下 螺栓1受力 在剪力V和轴心力N作用下 螺栓均匀受力 则螺栓1承受的最大剪力N1应满足 7 6 3螺栓群的计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 4 螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算5 螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算假定 中和轴在最下排螺栓处 7 6 3螺栓群的计算 图7 75弯矩作用下抗拉螺栓计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 6 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算 7 6 3螺栓群的计算 图7 76螺栓群同时承受剪力和拉力 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 6 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算支托仅起安装作用 螺栓群承受弯矩M和剪力V螺栓不发生拉剪破坏板不发生承压破坏 7 6 3螺栓群的计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 6 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算支托承受剪力 螺栓群只承受弯矩M支托和柱翼缘的角焊缝验算为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响 取1 25 1 35 7 6 3螺栓群的计算 7 6普通螺栓连接的构造和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 级别 10 9级和8 8级栓孔 钻成孔按受力特征分类 摩擦型连接 承压型连接和承受拉力的连接影响承载力的因素 栓杆预拉力 连接表面抗滑移系数和钢材种类 7 7 1高强度螺栓连接的性能 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 高强度螺栓的预拉力施加方法 扭矩法 转角法和扭剪法预拉力设计值 高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效截面积确定 取值时考虑 螺栓材料抗力的变异性 引入折减系数0 9 施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5 10 引入折减系数0 9 在扭紧螺栓时 扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力 引入折减系数1 1 2 钢材由于以抗拉强度为准 引入附加安全系数0 9 7 7 1高强度螺栓连接的性能 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数对于承压型连接 只要求清除油污及浮锈对于摩擦型连接 对摩擦面抗滑移系数有要求3 高强度螺栓的排列要求同普通螺栓 同样要考虑连接长度对承载力的不利影响 7 7 1高强度螺栓连接的性能 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 高强度螺栓摩擦型连接2 高强度螺栓承压型连接破坏状态同普通螺栓 极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定 摩擦力只起延缓滑动作用 计算方法和普通螺栓相同 7 7 2高强度螺栓的抗剪承载力设计值 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 轴心力作用时螺栓数 构件净截面强度 对于承压型连接 验算与普通螺栓相同 对于摩擦型连接 要考虑孔前传力的影响 占螺栓传力的50 7 7 3高强度螺栓群的抗剪计算 图7 79摩擦型高强度螺栓孔前传力 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 扭矩作用时 及扭矩 剪力 轴心力共同作用时螺栓群受扭矩T 剪力V和轴心力N共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算与普通螺栓相同 只是用高强度螺栓的承载力设计值 7 7 3高强度螺栓群的抗剪计算 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 高强度螺栓的抗拉连接性能规范规定每个摩擦型高强度螺栓的抗拉设计承载力不得大于0 8P 螺栓杆内原预拉力基本不变 7 7 4高强度螺栓的抗拉连接 图7 82高强度螺栓受拉 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 高强度螺栓的抗拉连接性能撬力的影响 限制抗拉承载力在0 8P以内 7 7 4高强度螺栓的抗拉连接 图7 83高强度螺栓拉力变化 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 高强度螺栓抗拉连接计算抗拉承载力 轴心拉力的螺栓数 弯矩作用时 7 7 4高强度螺栓的抗拉连接 图7 84高强度螺栓受弯连接 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 2 高强度螺栓抗拉连接计算承载力极限状态板不被拉开时 中和轴在螺栓群形心处 板可被拉开时 与普通螺栓一样 中和轴在最外排受压螺栓形心处 7 7 4高强度螺栓的抗拉连接 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 1 高强度螺栓摩擦型连接由于外拉力的作用 板件间的挤压力降低每个螺栓的抗剪承载力也随之减少抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低2 高强度螺栓承压型连接 7 7 5同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 第7章钢结构的连接和节点构造 叠放板材的弯曲变形无局部压应力时的梁翼缘焊缝受力焊缝受力 焊脚尺寸 图7 86叠放板材的弯曲变形 图7 87翼缘焊缝所受剪力 7 8焊接梁翼缘焊缝的计算 第7章钢结构的连接和节点构造 双层翼缘板时的焊缝应力有局部压应力时的梁翼缘焊缝受力焊缝受力 焊脚尺寸 图7 88双层翼缘板梁的连接焊缝 图7 89双向剪力作用下的翼缘焊缝 7 8焊接梁翼缘焊缝的计算 第7章钢结构的连接和节点构造 工厂拼接 直接对焊或拼接板加角焊缝工地拼接 拉杆用拼接板加高强螺栓或端板加高强螺栓 压杆用焊接或接触面刨平顶紧拼接原则 等强度 7 9 1等截面拉 压杆拼接 7 9构件的拼接 图7 91等截面拉压杆拼接 第7章钢结构的连接和节点构造 截面变化微小者截面变化较大而一侧翼缘外表平齐者截面变化较大而中线上下一致者 7 9 2变截面柱拼接 7 9构件的拼接 图7 92变截面柱拼接 第7章钢结构的连接和节点构造 1 工厂拼接拼接位置应错开 避免焊缝集中翼缘板和腹板分别接长后在拼接 较少焊接应力常采用正面对接焊缝 施焊时用引弧板 7 9 3梁的拼接 7 9构件的拼接 图7 93焊接梁的工厂拼接 第7章钢结构的连接和节点构造 2 工地拼接工地焊接拼接工地高强度螺栓拼接拼接验算 7 9 3梁的拼接 7 9构件的拼接 图7 94工地焊接拼接 图7 95工地高强度螺栓拼接 第7章钢结构的连接和节点构造 叠接侧面连接 7 10 1次梁为简支梁 7 10梁与梁的连接 图7 97叠接 图7 98侧面连接 第7章钢结构的连接和节点构造 叠接侧面连接 7 10 2次梁为连续梁 7 10梁与梁的